人类对铁的使用可以追溯到大约5000年前。它是地壳中含量第二丰富的金属元素，主要用于生产钢，钢是世界上最重要的结构材料之一。

性质

在深入了解铁的历史和现代用途之前，让我们回顾一下基本知识：

• 原子符号：铁
• 原子序数：26
• 元素类别：过渡金属
• 密度：7.874g/cm3
• 熔点：2800华氏度（1538摄氏度）
• 沸点：5182华氏度（2862摄氏度）
• 莫氏硬度：4

特点

纯铁是一种银色金属，导热和导电性能良好。铁的活性太强，无法单独存在，因此它只能作为铁矿石（如赤铁矿、磁铁矿和菱铁矿）自然存在于地壳中。

铁的鉴别特征之一是它具有强磁性。暴露在强磁场中，任何一块铁都可以被磁化。科学家们认为，地核大约由90%的铁组成。这种铁产生的磁力是产生南北磁极的原因。

历史

铁很可能最初是在含铁矿石顶部燃烧木材后发现和提取的。 木材中的碳会与矿石中的氧发生反应，留下一种柔软、可锻的铁金属。从公元前2700年到公元前3000年，美索不达米亚（今天的伊拉克）开始炼铁以及使用铁制造工具和武器。在随后的2000年中，炼铁知识在铁器时代向东传播到欧洲和非洲。

从17世纪开始，直到19世纪中叶发现了一种生产钢铁的有效方法，铁越来越多地被用作制造船只、桥梁和建筑物的结构材料。埃菲尔铁塔建于1889年，由700多万公斤的熟铁制成。

锈

铁最麻烦的特性是它容易生锈。铁锈（或氧化铁）是一种棕色、易碎的化合物，当铁暴露在氧气中时产生。水中所含的氧气加速了腐蚀过程。生锈的速度——铁转化为氧化铁的速度——取决于水的含氧量和铁的表面积。盐水比淡水含有更多的氧气，这就是为什么盐水比淡水更快地腐蚀铁。

用其他对氧更具化学吸引力的金属（如锌）涂覆铁可以防止生锈（用锌涂覆铁的过程称为“镀锌”）。然而，最有效的防锈方法是使用钢材。

钢

钢是铁和其他各种金属的合金，用于增强铁的性能（强度、耐腐蚀性、耐热性等）。改变与铁合金化的元素的类型和数量可以生产不同类型的钢。

最常见的钢材有：

• 碳钢，含碳量在0.5%至1.5%之间：这是最常见的钢类型，用于车身、船体、刀具、机械和所有类型的结构支架。
• 低合金钢，其中含有1-5%的其他金属（通常为镍或钨）：镍钢能够承受高水平的张力，因此，通常用于建造桥梁和制造自行车链条。钨钢在高温环境下保持其形状和强度，并用于冲击、旋转应用，如钻头。
• 含12-18%其他金属的高合金钢：由于成本高，这种钢仅用于特殊应用。高合金钢的一个例子是不锈钢，它通常含有铬和镍，但也可以与其他各种金属合金化。不锈钢非常坚固，耐腐蚀性很强。

铁生产

大多数铁是从地表附近发现的矿石中产生的。 现代提取技术使用高炉，其特点是高烟囱（烟囱状结构）。铁与焦炭（富碳煤）和石灰石（碳酸钙）一起倒入烟囱。现在，铁矿石通常在进入烟囱之前经过烧结过程。烧结过程形成10-25mm的矿石块，然后将这些块与焦炭和石灰石混合。

烧结矿、焦炭和石灰石然后倒入烟囱，在1800摄氏度下燃烧。焦炭作为热源燃烧，与喷入炉中的氧气一起，有助于形成还原性气体一氧化碳。石灰石与铁中的杂质混合形成炉渣。熔渣比熔融的铁矿石轻，所以它会浮到表面，很容易被清除。然后将热铁倒入模具中生产生铁或直接准备用于钢铁生产。

生铁仍然含有3.5%到4.5%的碳， 和其他杂质一起，它很脆，很难处理。采用各种工艺降低生铁中的磷和硫杂质，生产铸铁。熟铁含碳量不到0.25%，具有韧性、延展性和易焊接性，但其生产比低碳钢更费力，成本也更高。

2010年，全球铁矿石产量约为24亿吨。最大的生产国中国约占所有产量的37.5%，而其他主要生产国包括澳大利亚、巴西、印度和俄罗斯。美国地质调查局（U.S.Geological Survey）估计，世界上95%的金属产量是钢铁。

应用

铁曾经是主要的结构材料，但在大多数应用中已被钢所取代。尽管如此，铸铁仍然用于管道和汽车零件，如气缸盖、缸体和齿轮箱壳体。熟铁仍然用于生产家居装饰物品，如酒架、烛台和窗帘杆。